ZA控制器毕业设计

摘要为了满足当今物流应用的需求，需要一种与操作者互动配合的人机工程学起重装置的帮助。平衡吊提供了起重解决方案，通过浮动和固有的安全特性满足这些要求。 （ZA）悬吊式控制器是为满足可变负载的高速精确输送搬运而设计的。用悬吊式控制器将载荷物悬挂定位后、操作者向上或向下用手推动绳索，在18英寸（457。2MM）范围内，该装置都处于一种平衡浮动状态。上下运动是通过控制一个依据人机工程学设计的悬吊式操纵柄来实现的，该操纵柄配有劳动强度低、彩色编码的拇指控制杆。平衡吊的优点（1）定位精确、无应力浮动特点能使双手自由地提起、降下和移动载荷物，实事上无阻力，不再有“升降机控制”命中和不命中定位的问题。（2）耗气量低每个工作循环大约需要1/8CFM（比气动葫芦少50倍），这表示能源成本很低。 （3）调节简单能完全接触到气流校准控制器，从而能快速方便地调节浮动装置。（4）坚固可靠连续负载运行，只需最少量维护保养，平衡空气提供成本效益优良的性能。（5）清洁无油的运行预润滑设计消除了空气管道润滑和油雾排放。是食品加工和清洁制造环境的理想设备。关键字：气动 平衡吊 （ZA）悬吊式AbstractFor satisfying the demands of the goods current apply on nowadays , and there need a help of the people-human engineering suspending setting that matched with the operation . The balance suspending offered a suspending solved scheme , and the demands satisfied through the suspending and the fixed safety .(ZA)suspending type controller was designed for satisfying the precision transition carrying with the high speed of the alter load . After using the suspending type controller to precise the suspending load , the operator push the rope up/down by hand , in the 18 inch (457.2mm)scope , this type of the installation in the state of the balance float . The rise / fall movement through controlling a operation handle of the suspending hang type which designed according to people machine engineering study to achieve , this type of the operation handle with the thumb controlling pole which are low labor intension and colorful code .the excellence of the balance suspending machine（1）Rising , falling and moving the loading goods by hands through the precise position , without float power characteristic , and there is no resistance in fact , and precise problem of the “rise-fall machine control “ wont be occurred. （2）Lower consume air - there need about 1/8 cfm of the every work cycle (less 50 times than pneumatic cucurbit ) , that means decreased the cost of the energy .（3）Adjusted simply - get to the air current adjust controller entirely , so that adjusting the float installation quickly and easily .（4）Rigidity and reliable - loading operation continually , and there just need the minimum maintain , the air balance offer the better capability of the cost benefit .（5）The operation of the cleanness oil less - the preparation lubrication design eliminated the air piping lubrication and the oil-fog letting . It is a ideal equipment in the food processing and the cleanness surround . Key words: Pneumatic balance suspending (ZA)suspending type目录摘要IAbstractII目录III第一章 前言11.1 地铁交通发展史概述11.2 平衡吊的优点51.3 研究目的及意义51.4 国内外研究概况5第二章 平衡吊设计方案及其内容82.1设计要求说明82.2 总体方案设计823主要结构功能要求92.3.1气动助力平衡器92.3.2轨道系统92.3.3立柱102.3.4夹具部分102.4设计要求说明11第三章 平衡吊主体系统设计123.1立柱设计133.2导轨设计及选择143.3 悬吊钢丝绳设计及选择153.4旋转杆的装配结构163.5 吊钩设计173.6 助力平衡器的选用18第四章 夹具设计204.1 夹具主要结构及其作用204.1.1 真空吸盘及吸盘缓冲杆204.1.2十字形方钢管214.1.3夹具结构架224.1.4丝杆224.1.5阀件盒224.2夹具操作说明书23第五章 气动回路设计255.1气动回路的组成255.1.1刹车气动回路255.1.2玻璃吸附回路255.1.3失压保护回路255.1.4起吊回路255.2气动回路图265.2主要部件设计及选择265.2.1真空安全阀265.2.2真空发生器275.2.3真空吸盘的尺寸校核计算28第六章 结束语30致 谢31参考文献32第一章 前言1.1 地铁交通发展史概述1863年，世界上第一条用蒸汽机车牵引的地下铁道线路于1月10日在英国伦敦建成通车，它标志着城市快速轨道交通在世界上诞生，第一条地铁至今已有130多年的历史。列车是在地下隧道内运行的，尽管隧道里烟雾熏人，可是当时的伦敦市民甚至皇亲显贵们，都非常乐于乘坐这种地下列车。因为在拥挤不堪的伦敦地面街道上乘坐公共马车，其便捷程度和速度都不如地铁列车。世界第一条地下铁道的诞生，为人口密集的大都市发展公共交通取得了宝贵的经验。欧洲自此开始注重对地下轨道交通的研究和建设。1881年第一辆有轨电车在德国柏林工业博览会上展示，特别是1879年电力驱动机车的研究成功，为地下客运环境和服务条件的改善和提高提供了史无前例的优良契机，使地铁建设显示出强大的生命力。1888年美国弗吉尼亚州里士满市世界上第一条有轨电车投入运行。从此以后，世界上很多著名的大都市都相继开始建造地下铁道。在1863年至1899年之间，英国的伦敦和格拉斯哥、美国的纽约和波士顿、法国的巴黎、匈牙利的布达佩斯以及奥地利的维也纳,共5个国家的7座城市率先建成了地下铁道,在地铁发展史上写下浓墨重彩的一笔。伦敦自1863年建成世界上第一条地下铁道以来，历经130多年的发展，不断提高科学技术水平和投入力度，伦敦地铁系统已然成为当今世界上的先进技术范例之一。尤其是地铁实现了电气化后，伦敦的地铁几乎每年都有新进展。目前，伦敦地铁地铁车辆保有量总数约4139辆，年客运总量已突破8亿人次，线路总长度约410km（地下隧道171km），共设置车站275座。受到伦敦成功建设地下铁道的影响，美国纽约于1867年建成了第一条地铁。随着城市人口不断增加，纽约城市规模的不断扩大，与此同时，地铁建设也在不间断地发展。现在的纽约已发展成为世界上地铁里程最长、线路最多的一座城市。目前，纽约地铁地铁车辆保有总数约6561辆，年客运总量已突破10亿人次。线路总长度约421km，其中地下隧道258km，共设置车站476座，法国巴黎也在最早修建地铁的城市之列，但比起英国晚了37年。为举办“凡尔赛展览会”，巴黎修建了第一条地下铁道。该地下铁道从巴士底通往马约门，全长约10km，它为巴黎地铁网络的不断发展和完善大下了基础。时至今日，巴黎地铁线路总长度约201.4km，地下隧道约占175km，共设置车站370座，车辆保有总数约3472辆，年客运量总数也已突破12亿人次。巴黎市区已拥有地铁线路15条，其中有4条地铁采用橡胶轮体系的VAL车辆，2条为环线。巴黎的地区快速地铁（RER）非常发达，运营线路共有包括114km与地铁共线，249km为城市快速铁路SNCF在内的363km。RER的年客运量约4亿人次。在20世纪的最初24年里（1900年至1924年），欧洲和美洲又有9座大城市相继修建了地下铁道，如美国的费城，德国的柏林、汉堡以及西班牙的马德里等。1902年，柏林的第一条地铁开通。发展至今，柏林市区的地铁线路已四通八达，有的线路已采用自动化运行技术。目前，柏林车辆保有量约2410辆，年客运总量约6.6亿人次。共有9条地铁线路，线路总长度约142km（其中地下隧道约占104km），共设置车站166座。西班牙也属于欧洲比较早修建地下铁道的国家之一。马德里的第一条地铁线路在1919年开始运行，现在已发展到车辆保有总数约1012辆，年客运总量约4亿人次。共有10条地铁线路，线路总长度约115km，共设车站158座。在1925年至1949年间，发生了第二次世界大战，每个国家均着眼于自身的安危，地铁建设处从而于低潮，但仍有苏联的莫斯科，日本的东京、大阪等少数城市在此期间修建了地铁。1927年，日本东京的第一条地铁线路于建成通车。日本修建地铁效法欧洲技术建设，但他们在建设地铁的同时，着重开发主要车站及其邻近的公众聚集场所，这些场所与地下车站连成一片，而且能促进地下商业中心的建设，使地铁这一公益性基础设施获得了新的活力，取得了较好的经济效益和社会效益。1996年，东京地铁车辆保有总数约2450辆，年客运总量已突破25亿人次，是当今世界上地铁客运量最大的城市之一。东京地铁拥有12条地铁线路，线路总长度约为237km，共设置车站196座。莫斯科的第一条地铁于1932年开始动工，到1935年5约建成通车运营。线路全长约11.6km，共设置车站13座。该地铁建设速度之快，在当时是空前的。以后莫斯科的地铁建设就一直没有中断过，即使在第二次世界大战期间也没有停顿。发展至今，莫斯科地铁车站总数为150座，已拥有地铁线路9条，线路总长度约244km。莫斯科地铁系统拥有举世闻名的的建筑风格和客运效率，每个车站都是由著名的建筑师设计，并配有许多雕塑作品，艺术水平较高，使旅行者有身临宫殿之感。而为了给旅客提供了方便的换乘条件，所有地铁终点站都与公共汽车、无轨电车和轻轨系统相衔接，有几个车站还与铁路火车站相连接。目前，莫斯科地铁系统保有车辆总数约3200辆，年客运量已突破26亿人次。第二次世界大战以后，在1950年至1974年的24年间，世界范围内地铁建设蓬勃发展。在此期间，有加拿大的蒙特利尔、多伦多，美国的费城、旧金山，意大利的米兰、罗马，前苏联的基辅、列宁格勒，日本的名古屋、横滨，韩国的汉城以及中国的北京等约30座城市相继建成了地铁。具有代表性的地铁项目有：日本的名古屋，第一条地铁线路于1957年建成通车，现车辆保有总量约730辆，年客运量已突破6亿人次，有5条地铁线路，线路总长度约76.5km，共设61座车站。韩国的汉城，第一条地铁线路于1974年检建成通车，现在车辆保有量约1602辆，年客运量已超过13亿人次，已有4条地铁线路，线路总长度约131.6km，共设置车站114座。中国的北京，第一条地铁于1969年10月建成通车，线路长度为23.6km；第二条环线又于1984年9月建成通车，全长19.9km。截止1992年10月西单站建成通车，北京保持正常运营的地铁线路共长43.5km，年客运量已突破5亿人次，与建成初期1971年的年客运量828万人次相比，运量增长已超过了65倍，其客运量占全市公共交通总运量的比重，已由当初的8增长到15强。2000年6月28日复八线全线贯通并投入运营，至此北京地铁线路总长达55.5km，设车站41座，保有车辆总数近600辆。复八线投入运营后，地铁客运量增加了8。这样的增长态势是任何其他交通工具所无法比拟的。这说明城市客运交通的需求量很大，发展大、中客运量的轨道交通系统显然是我国大城市交通走出困境的必由之路。1975年至1995年的20年时间里，地铁建设在原有基础上，取得了长足的进展，世界上30多座城市在此期间建成了地铁或正在修建地铁。美洲有华盛顿、温哥华等9座城市，欧洲由里昂、布鲁塞尔、华沙等9座城市，亚洲则更多，由神户、香港、加尔各答以及天津和上海等16座城市。具有一定代表性的项目有：美国的华盛顿，第一条地铁线路于1976年建成通车，现保有车辆总数约764辆，年客运量超过1.5亿人次，已有4条地铁线路，线路总长度约144km，共设车站74座。华盛顿的地铁工程建设车站建筑无富丽豪华之装饰，比较经济实用，以朴素大方为特色，客运系统充分应用安全可靠的先进技术，为乘客提供了安全、舒适、快捷的服务条件，是现代地铁建设的范例之一。香港地铁由政府的地铁公司经营，自第一条线路于1977年建成通车以来，现在已有3条线路在正常运营，共设车站38座，线路总长度约43.2km。目前香港还在继续修建地铁，以满足港岛交通的需要。由于80的香港居民都居住在依山傍水的窄小走廊地带，不可选择通过大规模拆除房屋、拓宽道路来减轻交通拥挤程度的方法。香港有效发展了大运量多地铁系统，为居民出行提供了快速、优良的服务。目前投入运行的3条线路，在太子道站设有交叉换乘站，在九龙塘地铁站还设有于广九铁路相接的换乘站。香港还在葵芳和荃湾两个地铁站附近建有多层停车场，以供驾车人员换乘地铁之用，这很好地鼓励了居民更多地使用地铁。香港地铁建成后的运输效率和为港岛经济带来的巨大效益是举世闻名的，现在年客运总量已超过10亿人次。香港地铁公司还负责修建了新机场快速轨道交通线。该线全长34km，连接中环与赤鱲角机场，已于1998年6月建成通车。香港还建有轻轨交通31.75km，设有51座车站，保有车辆99辆。中国的上海，地铁1号线工程于1995年5月建成通车，线路总长为21km，近期运用车辆为162辆，预期年客运总量大约3.6亿人次，约占上海市公交客运总量的8左右，为上海市发展大运量快速客运交通开创了先例。上海地铁2号线一期工程于2000年5月正式建成通车。该线全长19km，设有13座车站和一个停车场，保有车辆24列，共计144辆车。上海地铁是引进国际上80年代先进技术而建成的，并由此而形成了我国地铁行业的第二种技术标准，及车辆宽度为3m，长度约22m，列车按8节编组，最高速度可达80km/h，车辆传动采用风冷式GTO斩波调压技术，供电方式为直流1500V架空线受电，列车运行采用自动控制系统。由于预留了模拟制动机ATC自动运行装置，远期还可实现自动驾驶，以满足高密度行车的需要。这种车辆采用铝合金结构车体，具有重量轻、防腐性能好、能耗低等优点。从上述世界地铁建设发展概况可以看出，在20世纪50年代至90年代之间，世界范围内的城市地下铁道有了迅速发展。其主要原因一是在战后以和平发展为主流的年代里，亚洲、拉丁美洲、东欧的城市化进程加快，数百万人口的城市不断增加；二是发达国家中的小汽车激增于城市街道有限通行能力之间的矛盾日益突出，空气严重污染，使这些城市都面临着如何在较长的距离内，以最有效而快速的方式来输送大量乘客的问题。据统计，目前世界上已有40多个国家和地区的127座城市都建造了地下铁道，累计地铁线路总长度为5263.9km，年客运总量约为230亿人次。根据以上所述情况，地铁的建设开始有了飞越的发展。与此同时地铁列车的安装也需要成熟的技术，地铁列车玻璃门的安装需要专门的气动夹具，即平衡吊移载系统。国内外很多厂家已经研制成了有50公斤、100公斤、300公斤等多种规格的平衡吊移载装备，并已用于生产。平衡吊移载装备，又称助力器或手动移载机。它应用压缩空气或电力为动力。可以在三维空间内随意移动或翻转重物，达到省力操作。极大地减轻了劳动强度，提高了生产率。由于在装备中设置看多重保护装置，杜绝了物料搬运过程中的误操作，保障了人身和设备的安全，而且由于物料在搬运过程中处于无重力悬浮状态，使得物料的装配、定位可以很轻松、高效、快捷地完成。平衡吊按工作原理有液压式、气动式、电动式等类型。1.2 平衡吊的优点实践证明，应用平衡吊有以下几方面的优点：1、结构简单、体积小平衡吊本身体积小，占地面积很小，也不受厂房结构型式的限制，对于简易的不能安装其他型式吊车的厂房尤为适用。平衡吊工作时是由钢管、绳索、皮带轮、电动机等来带动的，这些零件在一般工厂中都能制造。2、作业范围大平衡吊以立柱为中轴，可以回转。如果采用悬挂轨道式的平衡吊，一台平衡吊可供多台机床上下料用；如果采用固定式的平衡吊，一台平衡吊可供一台或两台机床上下料用。总之，根据需要，可以更换平衡吊的某一零件或是改变其安装方式，就可更有效地为生产服务。3、操作方便、工作效率高对于大批量生产的形状比较复杂的零件，可以在平衡吊上装以专用夹具使用，这就更能减少装卸零件的辅助时间，提高效率。由于平衡吊可以变更其升降速度，又可以按操作者的要求在三度空间内自由动作，这不但适应于吊装一般的零件，而且对于产品零部件的组装都很方便。1.3 研究目的及意义城轨列车侧窗玻璃安装是列车总装之重要环节，由于侧窗玻璃较重，且列车车体较高，车身较长，安装时，需要站在可移动式平台（另行设计）利用客车车窗玻璃安装助力平衡器系统起吊安装。本设计课题是根据某车辆制造企业实际的生产需要而提出。所设计客车车窗玻璃安装助力平衡器制造安装方便，使重物全程无重力化浮动，可以精确定位，占地面积小可置于低矮空间确保宽广的作业范围，重量感知系统适用于可变负载，控制手柄与夹具集成一体，方便工件定位。1.4 国内外研究概况新时代科技发展日新月异，由于新材料、新工艺、新设备和以计算机为基础的信息和控制技术的发展和应用，物料搬运系统的改进已经成为国家进一步提高生产率、降低生产成本和改善人机工作环境十分重要的方面。传统的物料搬运设备（通常是指辅助设备，如关节臂、平衡器、提升器和起重机等）在人机工程学安全性方面虽然具有积极的影响，但它们在有效性、精确性和安全性方面的作用非常有限。对于大型物件的搬运装配，不仅工人的劳动强度大、效率低、准确性差，且会对劳动者造成伤害。助力设备智能化在西方国家已经受到助力厂商的普遍重视，同时，智能辅助设备作为新兴产业，近年来在国际上也取得了飞快的发展。在西方国家，如意大利、德国、澳大利亚、法国、美国等国家都有生产大型助力设备的厂家，它们主要生产用于装配生产线或者其它涉及物料搬运、传递、打包、码垛等作业的各种助力机械设备。美国英格索兰气动平衡吊物料搬运系统结合我公司设计、制造的各种物料抓取夹具，可完成较大区域内的物料搬运、装配和特殊定位工作。平衡吊，又称助力机械手、手动移载机，是一种新颖的、用于物料搬运时省力操作的助力设备，尤其适用于某些具有精确定位和装配动作要求的应用场合。它巧妙地应用力的平衡原理，令工件在空中形成一种无重力化状态，即：工件的重力被相应的气控系统所平衡，使操作者在对工件的实施搬运操作的过程中，只需很小的操作力。由于重物在提升或下降时形成浮动状态，对于操作者而言，无需熟练的点动按钮操作，徒手推拉重物，就可以把重物正确地放到空间中的任何位置。利用“平衡吊”主机可以平衡物料重力的特性，再配上相应的抓取机械手和安装基座，我们就拥有了一套完整的“助力机械手”系统。籍此，我们可以轻松地自某处抓起任何工件，实施相应的工艺动作之后，再按相应要求放置于另一处，实现省力操作。由于具有无重力化、精确直观、操作便捷、安全高效等特点，“平衡吊”广泛应用于现代工业中的物料移载、高频率搬运、精确定位、部件装配等场合。从接受原材料和物料开始，一直到加工、生产、保管及配送等物料流动过程中的每一个环节，平衡吊手动移载系统所发挥的作用是令人瞩目的。正确使用相应的物料移载方法和手段，对于各行业中，重物的移载、搬运现场的操作人员的健康、安全，进而其作业的合理性、劳动力的节省、生产效率的提高、产品品质的保障等多方面都将有极大改善。ZIMMERMAN公司隶属于美国英格索兰公司，其产品气动式平衡吊移载系统，在各行业有着广泛的用途，它经济而简便地实现了人机之间的互动式配合。用户只需告知所操作的工件外形尺寸和工艺要求，美国ZIMMERMAN公司将运用人体工程学、动力学原理，依据其40余年的从业经验，设计和制造出满足用户要求的移载系统和专用夹具，对减轻工人的劳动强度，提高生产效率起着不可替代的作用。ZIMMERMAN公司的平衡吊运用气动原理，通过滚轴丝杠将活塞的直线运动转化为卷筒的转动，带动钢丝绳或链条实现上下运动。配合不同的控制系统，则可实现多种平衡状态，满足各种不同的应用。特有的INTERLOCK、Z-BRAKE等安全保护装置，将平衡吊和夹具头部系统联结成一体，有效地保证了整个系统在断气和误操作时的安全性。在积极吸取欧美先进技术和制造经验上，亚洲的物料搬运技术也得到了飞快发展。韩国的Dongsung Industry Machine公司，运用气动原理，开发了DSL300，DSB300等一系列助力产品。我国有许多制造商也投入到了智能辅助设备的研制。上海永乾机电有限公司作为美国英格索兰公司所属ZIMMERMAN公司平衡吊产品在华东地区的独家代理和技术服务商，是一家专业进行各类气动平衡吊搬运系统设计、制造生产的工程公司。通过几年来不懈地开拓进取，我公司在国内已销售超过500套平衡吊装置。公司的主要工作是：根据用户的工况和搬运要求，采用合理的结构方案，设计、制造相应的工装夹具，配合公司生产的平衡助力器或者英格索兰的气动平衡吊，选配相应的悬挂装置（轨道或者立柱），以完成用户所要求的工艺和操作要求。助力设备具有广泛的应用范围和非常大的市场需求，我国的平衡臂、起重臂性能较西方国家落后，功能相对比较简单，一般只有重力提升功能，很少具备重力自动平衡功能，操作也比较困难，它们的动作比较慢、笨拙、不灵敏、难于合作，很难适应需要快速而又准确的工作场合。为改善公认的劳动条件、降低劳动强度和提高工作效率，助力设备的更新换代已经是大势所趋。从以上分析得出，助力设备之所以应用广泛，归纳主要原因是它具有以下特点：1、 轻松搬运：“零重力”操作，可完成物料的搬运、装配。2、 操作简单：不需要控制按钮，人的动作即为机械的动作指令。刚性结构，可配合任何形式的夹具系统。3、 高效安全：人机合作，减少误操作，提高安全保障和工作效率。4、 应用范围广：从家用电器的生产到工业设备的生产、从汽车的生产到机车的生产、从化工产品的生产到武器装备的生产都离不开助力设备。平衡吊的主要参数：负载能力：30kg-500kg提升高度：1m-2m本体重量：150kg-350kg本体高度：1.5m-4m第 35 页 共 36 页第二章 平衡吊设计方案及其内容本次课程设计主要内容是针对城轨列车侧窗玻璃安装，设计与之相配合使用的专用气动平衡吊及其夹具，使工人在安装的过程中节省大量劳动力，并且高效、安全的完成安装操作过程。通过设计研究，本课题小组设计了两类气动平衡吊供安装单位选择使用。2.1设计要求说明1) 装备有ZA控制器的平衡吊，适用于可变负载的精确操作。悬挂载荷后，在行程内任何位置的上下一定范围内都处于浮动状态，便于精确定位。2) 夹具带有负载显示器，当负载被夹紧并提起后，显示器变成红色。3) 夹具配有防止误操作的保护装置，必须在起吊负载到达卸载工作台面后，掀下控制开关才能放松工件。4) 夹具与控制手柄集成为一体，方便操作人员控制所吊持之物件。5) 系统配备有一个真空储能罐，容量8-10升，以防止真空发生装置意外故障时可能导致的安全隐患。6) 系统有断气保护功能，当主供气源意外断气时，平衡吊及所夹物料不会突然坠落。7) 系统配有声音报警器，当气路泄漏时，将有报警声音提示。8) 四个真空吸盘均可作简便位置调节，以适应不同规格的汽车玻璃。9) 汽车玻璃的水平轴定位垂直系统调整范围为，垂直倾斜度的调整范围为。10) 轨道是由模块式的装配夹具吊装，为用户在各种场合安装调整提供了便利，根据需要服务面积可达到更大。11) 本系统的额定负载为90kg,提升行程为2.0M。12) 本方案采用单向轨道吊装结构，行走范围为3.0M。2.2 总体方案设计根据实际的施工现场和企业的要求，我们知道，平衡吊是安装一台移动平台上，该平台能够在一台固定安装座上移动，地铁列车在两平台的中间。该设备主要具有如下几个部分：1、助力平衡器；2、夹具体；3、旋转立柱。主体结构如下图所示。从图中可以看出，待安装的车窗玻璃是从平台的外侧由吊具上的夹具吊起后移动到平台的内侧（地铁侧）在进行相应的安装操作。因此，平衡吊具应该能够360度旋转，夹具夹载玻璃后能够在导轨里沿导轨直线移动，起吊玻璃后，夹具也能够上下移动。该夹具主要包括如下系统结构。23主要结构功能要求2.3.1气动助力平衡器气动助力平衡器是本系统的重要组成部分，助力平衡器的作用是起吊重物，同时在起吊重物后，操作人员能够方便的微调重物的位置，以方便玻璃位置的调整，使得玻璃的安装得以顺利的进行。本设计初步选择英格索兰公司ZIMMERMAN原装进口，采用ZA控制阀及专用控制的手柄（上、下操作用）。平衡吊配有Z-Brake刹车装置及单向阀，当负载意外脱落时，缆绳不会飞速上升；当供气突然中断时，负载不会脱落。安装误操作保护装置，当工件未到卸载位时，吸盘松开按钮不起作用，可避免误动作导致的意外事故。2.3.2轨道系统导轨系统主要是保证在助力平衡器装载玻璃后能够在此导轨中移动，要求移动的距离符合设计任务书要求，同时要求在承载玻璃后，夹具体能够移动灵活，使得操作人员操作省力、方便。同时要保证导轨制造、安装和维修方便。初步选择英格索兰公司ZIMMERMAN原装铝合金轨道。2.3.3立柱立柱主要是承载整个夹具体的重量和玻璃的重量，同时，由于玻璃是从平台外侧起吊然后在转动180度后再进行安装，因此要求立柱能够进行360度旋转。通过市场调查并参考以前的设计经验，本设计初步采用常用的平衡吊结构，该结构简单实用。2.3.4夹具部分1) 采用真空吸附式夹具。应用4个直径250mm的吸盘，安装在可伸缩的交叉十字臂端，采用双螺母空隙安装。2) 夹具的垂直倾斜角度调节范围为，水平轴调节范围为。3) 配备一个真空储能罐，容量8-10升，以防止真空发生装置发生故障，所可能导致的安全隐患。4) 配有多个真空压力显示及负载指示器以监测工作状态。当真空储能罐中的真空度低于设定值时，声音报警器报警。5) 夹具与平衡吊气路相连，控制手柄与夹具的控制部分集成为一体，分别用左右手控制负载的上、下、吸取及松开，操纵更为方便。 图12.4设计要求说明1、可满足可变负载的精确操作，悬挂载荷后，在行程内任何位置均处于零重力悬浮状态，便于精确定位。2、针对最大负载范围内的任何等级重量，平衡助力器均可自动适应至重力平衡状态而无需调节。3、平衡助力器具有断气保护功能，当主供气源意外断气时，物料不会突然坠落。4、平衡助力器具有全程平衡、运动平滑、结构刚性等特点，使得物料的移载、装配等轻松、快捷。5、平衡助力器可以维持夹具头部的水平，发挥高作业性。6、夹具带有负载显示器，当负载被夹紧并提起后，显示器变成红色。7、夹具与控制手柄集成为一体，方便操作人员控制所吊持之物件。8、系统有断气保护功能，当主供气源意外断气时，平衡吊及物料不会突然坠落。9、汽车玻璃的垂直倾斜度的调整范围为，水平方向为。10、本方案用于挡风玻璃和侧窗玻璃的移载和装配。11、该方案采用地板固定式，不占用生产线上过大的实际工作空间，并可服务于多个工位。12、四个真空吸盘均可做简便位置调节，以适应不同规格的汽车玻璃。13、本系统额定负载为G=90Kg,服务区域R=1.50m，提升高度为H=1.6m。第三章 平衡吊主体系统设计3.1立柱设计立柱用以支撑平衡吊回转部分及额定起吊零件的重量，所有要求有足够的刚度。立柱的结构一般选用大口径无缝钢管与连接盘、加强筋、底盘等零件焊接而成。焊后要进行退火处理。立柱的尺寸可参阅表1。表1 单位：毫米规格（公斤）外径D壁厚5016881001941030024514本次设计要求平衡吊额定载能力为300KG，为保证平衡吊的工作安全，立柱的尺寸选定为外径长为245毫米，壁厚为14毫米的无缝钢管。立柱的结构图如右图所示，其中1无缝钢管、2连接盘；3加强筋；4底盘。立柱在与工作台装配时，底盘使用螺栓直径为M16、M20的粗牙六角头螺栓。 图2 3.2 导轨设计及选择导轨在我们的日常生活中的应用也是很普遍的，如滑动门的滑糟、火车的铁轨等等都是导轨的具体应用。导轨在工业设备中也被广泛应用，像机床，专用设备，自动化设备，电子设备等等，导轨的类型大致有几种：V型导轨，燕尾导轨，矩形导轨，后来矩形导轨延伸了滚珠直线导轨，现在这种导轨在工业设备中被广泛应用。在导轨的选择和设计中，主要考虑如下的要求：1.根据导轨工作条件、承载特性，选择导轨的结构类型、截面形状及其组合形式。2.进行导轨的力学计算，确定结构尺寸。3.确定导轨副的间隙、公差和加工精度。4.选择导轨材料、摩擦面硬度匹配和表面精加工和热处理方法。5.选择导轨的预紧载荷，设计预紧载荷的加载方法与装置。6.选择导轨面磨损后的补偿方式和调整装置。7.选择导轨的润滑方式，设计润滑系统和防护装置。如上所述，导轨的种类比较，根据上面的应用分析可知，工业上用的比较多的是铁路用热轧钢轨，这种导向机构在我们这个应用中缺点较多，列举如下：1、 导轨面裸露，维护不方便使用铁道导轨的最大缺点之一就是铁轨面直接裸露在空间中，长时间使用会沾染很多的灰尘，影响导向的效果，同时维护也不太方便，很容易脱轨，导致事故的发生。2、 空间尺寸较大本设计所要求的滑动平台到地面的距离是800mm左右，即使铁轨轮做的比较小，其实际的空间尺寸也比较大，满足不了企业的要求；经过努力的调研，市场还有一种英格索兰公司ZIMMERMAN原装铝合金轨道，如图所示，经过详细的比较，我们发现与普通铁轨相比，采用U型导轨有很多的有点，列举如下。1、 结构紧凑，空间尺寸较小由于英格索兰公司ZIMMERMAN原装铝合金轨道，型导轨的空间尺寸本来就比较小，另外，其滚动机构都在装铝合金轨道里面，使得空间尺寸很小，结构紧凑。2、 密封性好，维护方便由于采用原装铝合金轨道可以采用悬挂式滚动机构，所以开口的一面朝下，灰尘不容易从上面进入导轨面，能保证导轨面的清洁。3、 安全性好装铝合金轨道限制了平台在两侧的位置，且位置是密闭的，平台不可能掉下来，保证了平台运行的安全性。综上所述，由于原装铝合金轨道具有如此优点，且可以用相关的材料自己制备，所以在本设计中采用装铝合金轨道。英格索兰公司ZIMMERMAN原装铝合金轨道图如下。轨道配合精密滚轮（下图）使用，精密滚轮采用特殊材料制成，具有极好的耐磨性和强度，保证了整个系统能够顺滑、无阻力及无噪声的行走。3.3 悬吊钢丝绳设计及选择钢丝绳是起重机械上应用最广泛的挠性构件，其优点是：卷挠性好；承载能力大，对于冲击载荷的承载能力也强；卷绕过程中平稳，即使在卷绕速度高的情况下也无噪音；由于绳股钢丝断裂是逐渐发生的，一般不会突然发生整根钢丝绳断裂，故工作时比较可靠。根据平衡吊具体作业条件选用合适的钢丝绳，本次设计方案中选用单股直径为5毫米的钢丝绳（GB1102-74）作为平衡吊的选用材料。常用绳端的固定方法有：1、 编结法钢丝绳一端绕过套环后与自身编结在一起并用细钢丝扎紧。固定处的强度约为钢丝绳自身的75-90%。2、 锥形套筒固定法钢丝绳末端穿过锥形套筒后松散钢丝，将头部钢丝弯成小钩并浇入铅或锌液，凝固后即成。固定处的强度与钢丝绳自身的强度大致相同。3、 楔形套筒固定法钢丝绳一端绕过楔，利用楔在套筒内的锁紧作用使钢丝绳固定。固定处的强度约为钢丝绳自身的75-85%。4、 绳卡固定法此法简单、可靠，目前广泛应用。用绳卡固定时，绳卡数量应不少于三个，其间距也应适当；而且绳卡底板应扣在钢丝绳的工作段上，U形螺栓扣在钢丝绳的尾段上。固定处的强度约为钢丝绳自身强度的80-90%，如绳卡装反，则固定处的强度降低到75%，甚至更低。根据设计要求，我们选用编结法对钢丝绳端部进行固定，固定示意图如图所示。 图33.4旋转杆的装配结构如图所示，此部分杆为整个立柱旋转结构的重要组成部分，其中内杆由车成多层台阶面的柱体和一个盘面组成。内杆下端制成直径为385毫米的圆形盘面，并在下端留有直径为217毫米的凸台，可以正好卡在下端的孔内。内杆与下端杆之间利用，4个直径为16毫米的粗牙六角头螺栓联接。内杆的装配过程如下：内杆盘面上部先安装直径为130毫米的深沟球轴承，并用卡环固定，套上衬套，并把直径为120毫米的深沟球轴承套在内杆上，它正好和衬套相配合，用相应的卡环加以固定，衬套的作用是保证轴承位置的稳定性，在内杆的上部先安装一个直径为80毫米的推力球轴承，然后将外筒从内杆上端套下。由于衬套的作用可以确保外筒与内杆之间无位置移动，保证工作时的安全性。在外筒端盖上安装直径为75毫米的推力球轴承，再加厚度为6毫米的挡圈，并用直径为64毫米的A级粗牙型六角螺母加以固定。杆的上端与内杆之间任以四个直径为12毫米的粗牙六角头螺栓联接。3.5 吊钩设计吊钩按制造方法可分为锻造吊钩和片式吊钩（板钩）；按其结构型式可分为单钩和双钩；长钩和短钩等。锻造吊钩的材料一般采用20号钢。起重量较小的吊钩也可采用20SiMn或36Mn2Si。吊钩钩身的截面形状有圆形、梯形、方形、或T字形。从受力情况分析，以T字形截面最为合理，但锻造工艺较复杂。梯形截面受力较合理，锻造容易。吊钩的零件示意图如下图所示： 图43.6 助力平衡器的选用助力平衡器的种类很多，一般有气动平衡器、弹簧吊车、弹簧平衡器、TW弹簧平衡器、LH平衡器等。气动助力平衡器优点很多，总结如下：1、 平衡器节省工厂空间，降低生产成本；2、 减低了工作人员的疲劳，增加了工作效率；3、 气动助力平衡器无使用安全可靠4、 弹簧平衡器能防止工具的损坏； 平衡器使用范围：用于汽车模具，配件焊接、流水线及各种固定位置上工作量较集中，无论在装配生产线或定工位工作的场合，凡是使用手动工具及吊携设备的场合均可使用，也可作提升工具的辅助工具使用，达到减轻劳动强度的目的，以及操作工具较笨重，使用工具持续时间较长的场合。 该产品借助卷簧积蓄的能量，使所悬挂的操作工具处于无重状态。大大降低了操作工作的劳动的强度，提高了劳动生产效率。 气动助力平衡器适用范围一般包括：（1）使用于持续，单一的工作。 （2）用于悬挂，集中，搬运及移开工具，夹具，装置器，轧件，架子等。 （3）供流水生产线上从事多种工作的工作人员使用。（4）手动锁止被悬挂物的装置。（5）易于操作气动，电气及液压工具。 （6）带保险装置，如悬挂物超重，断气时，可立即锁止，避免悬挂对象坠落。气动助力平衡器使用方法及注意事项包括悬挂平衡器时，应保证装载好工件。旋转调节蜗杆，使悬挂对象平衡，逆向减少平衡力，顺向增加平衡力。平衡器未悬挂对象时，请勿空拉空反放，以免造成钢丝绳突然回收伤人。装配ZA型控制器是为满足可变负载的高速精确操作而设计的。上下运动是通过控制一个依据人体工程学设计的手柄来实现的。悬挂载荷后，在任何位置的上下457mm范围内都处于零重力浮动状态，便于所操作工件的精确定位。平衡吊外形尺寸图： 图5平衡吊与精密滚轮之间采用自制的铁片联结固定，具体见总装配图。第四章 夹具设计本次课程设计，我选择了ZA控制器平衡吊及其夹具的设计，通过参观学习、研究及查阅各种手册资料，总结了如下内容：4.1 夹具主要结构及其作用夹具主要由真空吸盘、十字形方钢管、夹具结构架、丝杆、阀件盒、平衡控制阀及手柄和手轮组成。4.1.1 真空吸盘及吸盘缓冲杆吸盘是平衡吊夹具工作最主要的零件组成部分，是与工件直接接触的零件。本设计内容需要四个直径为250毫米的真空吸盘，吸盘使用橡胶材料制成。工作时，通过气压抽取吸盘内空气形成真空，同时靠橡胶收缩的吸附力把安装玻璃牢牢地吸附在吸盘上。通过平衡吊把玻璃移动到相应的地方，然后缓缓释放气压，吸盘工作面松弛，把玻璃释放下来。吸盘的具体情况见夹具装配图。通过市场调研和比较，本设计方案选用上海沃泰可公司的真空吸盘和吸盘缓冲杆。如下图所示。该吸盘和吸盘缓冲杆具有如下优点，吸盘为扁平状，镗套特别适合搬运平板、玻璃、大理石等。吸盘的垂直浅位密封唇边确保强有力地吸住物体，不会产生摇摆现象。该吸盘内部的支撑筋不但可以防止物体与吸盘接触部分的受力变形，而且还可以增加垂直吸取物体时的摩擦力，防止物体滑落。由于吸盘内部空隙较小，能迅速吸取和分离物体。缓冲杆专用于提升沉重的物体，特别适合于灰尘较多和潮湿等恶劣环境下连续工作的场合。4.1.2十字形方钢管十字形方钢管是用来安装四个真空吸盘的，在钢管的末端都插入一节稍小型号的方钢管，这样就可以自由调节钢管的总长度，以满足吸取不同面积玻璃的需要。小钢管的末端焊接一块直角型钢片，用来安装真空吸盘。在钢管端部加以可调紧手柄，使钢管伸缩至合适位置时用来拧紧钢管。方钢管十字交叉后使用焊接固定，为了保证夹具工作的安全性，在方钢管的一面焊接一块直径为120毫米的圆形钢板来增加其牢固性，同时在圆盘的另一面焊接夹具的结构架。十字形方钢管的结构示意图如图所示 图64.1.3夹具结构架夹具结构架主要由两对对称的肋板连接而成。连接处用一根轴及一对套筒连接，使夹具工作端可以按要求垂直调节，垂直肋板上端连接夹具的吊杆，垂直肋板中间连接一个方形铁块，中间穿直径为30毫米的孔，并套上一个有螺纹的套筒，用直径为10毫米的紧定螺钉固定在铁块上。螺纹套筒套在直径为30毫米的丝杆上，丝杆一端连接手轮，另一端连接在连有十字形方钢管的肋板上，并可以保证丝杆在旋转时带动吸盘作垂直方向的角度调节。夹具结构架具体的外形尺寸可见夹具的装配示意图。4.1.4丝杆丝杆是夹具工作时调节操作过程中主要的工作零件，它的尺寸及加工精度直接关系到工人操作的安全性及夹具的使用寿命。丝杆的尺寸图如图所示，在丝杆的一端车有不同高度的台阶面，安装时把套筒先从左端套入丝杆，尺寸为20毫米的台阶截面为正方形，用来安装手轮，前端车有螺纹，为了安装六角螺母紧定手轮，丝杆的右端有一直径为40毫米的凸台，安装时把凸台先放入肋板中间的一个自制零件中，然后用两个半圆形钢板封住丝杆插入面，并用四个直径为4毫米的粗牙六角头螺栓拧紧固定。图74.1.5阀件盒阀件盒上装有两个卸载阀及一个真空压力表。卸载阀是用来操作夹具的工作的，真空压力表用来及时地反映夹具的工作状态，使操作者能够准确地使用夹具。卸载阀的表面示意图如下图所示：图84.2夹具操作说明书一、 班前检查：1、 气源压力是否达到0.5Mpa，气源处理二联件内有无积水。2、 每个吸盘是否有破损、变形。3、 接通气源，检查各气管是否漏气。二、 操作步骤说明（参看附图及夹具示意图）1、 用行车吊起夹具，接通气源。2、 根据玻璃大小选择吸盘的两种不同的位置，方法是拧动可调紧定手柄到快要退出时，抽推活动臂到极限位置，锁紧可调紧定手柄。3、 用行车把夹具移到玻璃存放处。4、 使夹具提升到高低位置合适。5、 旋转手轮使夹具俯仰角度合适。6、 推动夹具，将吸盘轻轻按压在玻璃上。7、 待真空表指针达到或超过-0.4bar时，将玻璃提起。8、 将玻璃移到车窗处。9、 使玻璃高低位置合适。10、 旋转手轮使玻璃俯仰角度合适。11、 旋转棘轮扳手，使玻璃和车窗角度吻合。12、 安装玻璃。13、 同时按住两个卸载阀，使夹具与玻璃脱开。14、 进入下一次操作（重复步骤212）。15、 当长期不需使用夹具时，将夹具推到不妨碍工作的地方。16、 下班后关掉气源。第五章 气动回路设计气动回路设计是在保证整个气动系统达到设计要求的条件下，优化气动回路，保证气动回路的可靠性和安全性。5.1气动回路的组成本设计中气动回路主要包括三个部分，个部分分别介绍如下：5.1.1刹车气动回路刹车气动回路由一个手动阀、一个单气控二位五通阀和一个刹车气缸组成，如图所示。通过手动阀控制单气控二位五通阀，进而控制刹车气缸的进和退，刹车气缸的活塞和一个销相联，刹车时，气缸进给，推动活塞前进，进而推动刹车销插入刹车盘，保证在装载地铁玻璃时平衡吊不随立柱运动。5.1.2玻璃吸附回路玻璃吸附回路是本气动回路的主要组成部分，其主要功能是产生真空，使得真空吸盘能够吸附在地铁玻璃上，该回路由真空发生器、真空吸盘、多个二位三通阀、真空安全阀、真空压力表、单向阀、真空储能罐等器件组成。其中真空安全阀的主要功能是在真空吸盘没有完全吸附在玻璃的时候不使真空发生器工作。储能罐的作用主要是在要求真空吸盘吸附玻璃时加快吸附的动作，同时在系统有轻微漏气等不安全情况发生时，减缓不安全情况的发生。5.1.3失压保护回路失压保护回路是气动平衡吊在有负载的情况下突然断气后能够确保所运载的负载不掉下来保持平衡状态。5.1.4起吊回路起吊回路比较简单，主要是由气路控制助力平衡器通气和断气，从而控制助力平衡器的上下运行，这里从略。5.2气动回路图综合5.1节内容，本设计的气动回路图如下。 图95.2主要部件设计及选择5.2.1真空安全阀真空安全阀是安装于真空吸盘和真空发生器之间，目的是防止真空吸盘未完全覆盖或部分覆盖在玻璃上时，不会气动真空发生器。通过市场调研，本设计采用费斯托FESTO真空安全阀。费斯托 FESTO 真空安全阀 ISV-1/4,真空节能阀ISV安装于吸盘和真空发生器之间。如果在真空产生的时候，吸盘未被覆盖或仅仅部分覆盖，ISV将自动停止吸入空气。一旦吸盘贴上工件表面，真空又产生了，把物件从吸盘上取走，会使真空节能阀立即关闭。费斯托 FESTO真空安全阀见下图。5.2.2真空发生器真空发生器是产生真空，使得吸盘与地铁玻璃间产生真空，从而使得玻璃能够在大气压力下吸附在吸盘上。通过市场调研和比较，本设计最后采用费斯托FESTO真空发生气，该真空发生器如图所示。费斯托FESTO真空发生器VN-P，具有集成真空监测功能，非常独特，领先于同类产品。集成专家已经将真空传感器SDE 5的功能集成在得到用户认可的真空发生器VN中，用于分散式生成真空。结果：新型产品VN-P，性能更加优异，更可靠。它具有如下优点。1) 更可靠工件的传送更加可靠。这类真空发生器集成了真空监测功能，通过存储示范压力值的平均值，即可非常可靠地判断出工件的有无。阈值比较器可具有固定的或可变的迟滞。2) 更简单操作更简单通过按钮进行示范操作。可进行切换点调节，节省时间。缩小了操作中的误差范围。3) 更快速循环时间更短可在抓取范围内直接使用。4) 更方便免维护VN-P采用了免维护的开放式消声器，因此可确整套系统的免维护操作。该真空发生器的供气由内置式电磁阀控制。随着电磁阀加上电压信号，压缩空气进入真空发生器，于是产生真空。 电磁阀断电时，吸力停止。集成的消声器用以降低排气噪音。5.2.3真空吸盘的尺寸校核计算真空吸盘的直径尺寸初步选定为D=250毫米，下面对吸盘的安全尺寸进行校核计算：已知夹具的额定负载M为90公斤，真空吸盘工作时内部压强为-0.5bar，则压强差P=Pa，4个吸盘同时工作。夹具工作时额定所受力F=N；由压强公式得：所受压强工作面积；而本系统工作面积为；因此所选真空吸盘的尺寸满足设计要求。第六章 结束语通过这次毕业设计我把大学期间所学的专业知识进行了系统的复习，从而使我熟练掌握了夹具及其各零部件的设计与计算。无论是从课题的设计方案，还是在课题的研究开发到说明书的撰写和修改的各个阶段中，我仔细翻阅专业课本和书籍，进行了大量的设计工作，可以这样说经过这次毕业设计，我的专业水平无论是从理论还是实践来讲都有了显著的提高，尤其是对气动夹具的设计方面，这为我以后走上工作岗位打下了坚实的基础。在整个设计过程中，我巩固了机械工艺设计、夹具设计、和机械制造技术基础。机械加工的主要零件的材料和技术要求、工装